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Warum heißes Wasser schneller zu Eis wird als kaltes

Ein amerikanischer Forscher hat eine Erklärung dafür gefunden, warum heißes Wasser schneller friert als kaltes: Kaltes Wasser enthält eine Reihe von gelösten Substanzen wie Kalzium- und Magnesiumsalze, die beim Abkühlen die Bildung von Eiskristallen stören. Beim Erhitzen fallen diese Substanzen jedoch aus, so dass sich das Eis schneller bilden kann. Bei diesem Erklärungsversuch, der dem Physiker Jonathan Katz während der Korrektur von Examensarbeiten eingefallen ist, handelt es sich bislang allerdings um reine Theorie. Der Wissenschaftler hofft jedoch, diese Theorie bald mit experimentellen Ergebnissen untermauern zu können.

Schon Aristoteles und nach ihm René Descartes stolperten über das ungewöhnliche Verhalten von heißem und kaltem Wasser beim Einfrieren. Wissenschaftlich beschrieben wurde der Effekt allerdings erst 1963, nachdem ein tansanischer Schüler namens Erasto Mpemba bei der Herstellung von Eiscreme ebenfalls beobachtet hatte, dass erhitzte Milch schneller fest wurde als kalte. Seitdem ist das paradox erscheinende Phänomen als Mpemba-Effekt bekannt.

Trotz verschiedener Erklärungsversuche ist die tatsächliche Ursache für den Effekt jedoch bis heute ungeklärt. Das beschäftigte auch Jonathan Katz, der an der Universität von Washington in St. Louis arbeitet. Er habe sich gefragt, was das Erhitzen eigentlich mit dem Wasser anstellt, wodurch dann das Einfrierverhalten beeinflusst wird, erzählt er im „New Scientist“. Auch eine Antwort glaubt er gefunden zu haben: Verantwortlich sind seiner Ansicht nach im Wasser gelöste Salze wie Kalzium- und Magnesiumhydrogencarbonat, die die so genannte Härte von Trinkwasser bestimmen. Wird Wasser abgekühlt, bilden sich kleine Eiskristalle, während gleichzeitig die Konzentration der Salze in dem flüssigen Anteil steigt. Dadurch verschiebt sich der Gefrierpunkt der Flüssigkeit immer weiter nach unten und es dauert länger, bis alles Wasser zu Eis geworden ist.

Beim Erhitzen setzen sich die Salze dagegen ab und können daher den Gefrierpunkt auch nicht mehr beeinflussen, erklärt Katz. Außerdem führe der im kalten Wasser erniedrigte Gefrierpunkt dazu, dass der Temperaturunterschied zwischen Wasser und Umgebung immer geringer wird. Je größer dieser Unterschied jedoch ist, desto schneller bildet sich das Eis. Zusammengenommen könnten beide Faktoren durchaus den Mpemba-Effekt erklären, glaubt Katz. Sollte sich seine Erklärung bestätigen, müsste der Unterschied bei sehr hartem Wasser besonders stark ausgeprägt sein. Im Moment sucht der Physiker jemanden, der die entsprechenden Experimente durchführt und so seine Theorie untermauert.

New Scientist, 3. Juni, S. 10 ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
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